房金彥，潘 冬，姚諸香，萬 暢

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司，江西 南昌 330077；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司南昌供電分公司，江西 南昌 330000）

0 引言

江西風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電裝機(jī)容量增長很快。從2008年11月第一座磯山湖風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)以來，截至2018年3月31日，已經(jīng)有27座風(fēng)電場(chǎng)接入江西電網(wǎng)，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1943.7MW，約占江西總裝機(jī)容量的8.48%，風(fēng)電已成為江西電源重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性強(qiáng)、隨機(jī)性大、可調(diào)度性弱等特點(diǎn)，并入電網(wǎng)后，將給電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和運(yùn)行帶來極大的挑戰(zhàn)[1]，為克服風(fēng)電的隨機(jī)性，將風(fēng)電轉(zhuǎn)化為常規(guī)可調(diào)度電源，電網(wǎng)調(diào)度側(cè)和各風(fēng)電場(chǎng)側(cè)都配置了風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)[2-4]，從技術(shù)層面逐步提高新能源發(fā)電的“可測(cè)性”。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電功率系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果，電網(wǎng)調(diào)度部門可以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，調(diào)整和優(yōu)化常規(guī)電源的發(fā)電計(jì)劃，合理安排系統(tǒng)備用，改善電網(wǎng)調(diào)峰能力。

本文結(jié)合江西電網(wǎng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀，對(duì)影響系統(tǒng)預(yù)測(cè)因素進(jìn)行分析，從運(yùn)行管理方面提出了提高風(fēng)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的措施，提升調(diào)度機(jī)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃編制水平，從而提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力。

1 江西電網(wǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

1.1 功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

江西電網(wǎng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)是由部署在省調(diào)側(cè)的調(diào)度功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)和部署在各風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)站預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成及流程如圖1所示。

圖1 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

各風(fēng)電場(chǎng)利用采集到的當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)、測(cè)風(fēng)塔、風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息等數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)值和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算公式，生成符合調(diào)度格式要求的功率預(yù)測(cè)結(jié)果文件，然后在安全I(xiàn)I區(qū)將生成的文件通過102規(guī)約（或FTP形式）傳給調(diào)度。省調(diào)接收各場(chǎng)站功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)文件，入庫并加以分析，生成調(diào)度側(cè)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整發(fā)電計(jì)劃。

1.2 功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)上送文件

根據(jù)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求，場(chǎng)站側(cè)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)需將預(yù)測(cè)文件（包括短期功率預(yù)測(cè)文件、超短期功率預(yù)測(cè)文件）、測(cè)風(fēng)塔等信息生成符合格式要求的E文本，若不符合格式要求，則文件無法被調(diào)度機(jī)構(gòu)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)讀取。

1）短期預(yù)測(cè)E文本。短期功率文件是風(fēng)電場(chǎng)站端功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)、場(chǎng)站運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息生成電場(chǎng)未來0-72h的風(fēng)電出力。根據(jù)調(diào)度要求，短期預(yù)測(cè)文件需在每日09：00前上送至調(diào)度機(jī)構(gòu)。短期預(yù)測(cè)E文本格式：江西.xx風(fēng)電_72wind_yyyymmdd.rb；

2）超短期預(yù)測(cè)E文本。超短期文件是根據(jù)實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)、場(chǎng)站運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息而生成的未來0-4h超短期功率預(yù)測(cè)。此文件需要15min上送一次（一般調(diào)度要求），不能間斷。超短期預(yù)測(cè)E文本格式：江西.xx風(fēng)電_4Cwind_yyyymmddhhmi.rb；

3）數(shù)值天氣預(yù)報(bào)E文本。天氣預(yù)報(bào)文件就是將場(chǎng)站24h和72h的天氣預(yù)報(bào)信息數(shù)據(jù)，整理后傳送調(diào)度機(jī)構(gòu)，一般情況下是5min一個(gè)數(shù)據(jù)文件。數(shù)值天氣預(yù)報(bào) E文本格式：江西.xx風(fēng)電_24（72）nwp_yyyymmdd.rb。

此外，場(chǎng)站側(cè)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)還需要將測(cè)風(fēng)塔E文本、風(fēng)機(jī)E文本信息上送之調(diào)度機(jī)構(gòu)的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

2 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)現(xiàn)狀

2.1 功率預(yù)測(cè)概況

江西電網(wǎng)近年來加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)管理，召集相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)廠家，研究提高風(fēng)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的方法。通過努力，目前江西電網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率都有了很大提高，滿足江西電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)的需要，提高了電網(wǎng)調(diào)峰能力及接納風(fēng)電的能力。同時(shí)從發(fā)電企業(yè)角度考慮，精準(zhǔn)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)將使得風(fēng)電可以積極地參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)楣β暑A(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確造成的電量考核逐年下降。

2.2 正常天氣情況功率預(yù)測(cè)實(shí)例

在正常天氣情況下，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，風(fēng)機(jī)按照正常的檢修計(jì)劃開停機(jī)，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)模型與實(shí)際能夠基本保持一致，預(yù)測(cè)結(jié)果就會(huì)與實(shí)際接近。根據(jù)近幾年江西電網(wǎng)風(fēng)電運(yùn)行情況看，在未出現(xiàn)冰凍等影響風(fēng)機(jī)槳葉運(yùn)行的天氣時(shí)，風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠很好地預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)出力，預(yù)測(cè)功率與實(shí)際功率偏差控制在一定范圍內(nèi)。選擇近期2018年3月31日江西電網(wǎng)的功率預(yù)測(cè)曲線如圖2所示，當(dāng)日風(fēng)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為89.72%。

從圖2的功率預(yù)測(cè)與功率實(shí)際曲線可以看出，風(fēng)功率預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際功率差值較小，兩條功率曲線的走勢(shì)相同，風(fēng)電預(yù)測(cè)功率準(zhǔn)確有利于調(diào)度運(yùn)行人員根據(jù)發(fā)電計(jì)劃調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷。

圖2 2018年3月31日江西電網(wǎng)風(fēng)電功率曲線

2.3 惡劣天氣情況功率預(yù)測(cè)實(shí)例

在惡劣天氣情況下，低溫、大風(fēng)、雨雪等會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停機(jī)、測(cè)風(fēng)塔倒塌現(xiàn)象發(fā)生。若風(fēng)機(jī)停機(jī)后，風(fēng)電場(chǎng)未及時(shí)修改功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息，則此風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)模型就不能得到及時(shí)調(diào)整；同時(shí)測(cè)風(fēng)塔倒塌，會(huì)造成實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)傳輸中斷。這兩個(gè)因素都會(huì)影響電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率。2018年1月25-29日，江西出現(xiàn)嚴(yán)重的雨雪冰凍天氣，許多風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)槳葉被凍，造成大量風(fēng)機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)。圖3為1月27日功率預(yù)測(cè)曲線，當(dāng)日風(fēng)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為64.12%。

圖3 2018年1月27日江西電網(wǎng)風(fēng)電功率曲線

從圖3可以看出，風(fēng)功率預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際功率差值較大，預(yù)測(cè)與實(shí)際功率曲線走勢(shì)相反，特別是在0:00-7:00、23:00-24:00這兩個(gè)時(shí)間段，預(yù)測(cè)功率與實(shí)際功率差值較大，并且這段時(shí)間正好是后半夜調(diào)峰困難時(shí)段，不準(zhǔn)確的功率預(yù)測(cè)嚴(yán)重影響調(diào)度運(yùn)行人員調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷。

3 影響風(fēng)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率因素

各風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)結(jié)果都要上傳至調(diào)度機(jī)構(gòu)參與調(diào)度側(cè)功率預(yù)測(cè)，計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率。目前江西電網(wǎng)要求風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)即日功率預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率必須大于80%。

3.1 日功率預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率

各風(fēng)電場(chǎng)每日9:00前報(bào)送本電場(chǎng)次日0-24h發(fā)電功率預(yù)測(cè)曲線，預(yù)測(cè)值的時(shí)間分辨率為15min。省調(diào)規(guī)定的風(fēng)電場(chǎng)次日0-24h功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率計(jì)算公式如下：

式中：PMi為i時(shí)刻的實(shí)際功率；PPi為i時(shí)刻的日前功率預(yù)測(cè)值；Cap為風(fēng)電場(chǎng)可用容量（一般為風(fēng)電場(chǎng)開機(jī)容量）；n為樣本個(gè)數(shù)。

從計(jì)算公式中可以看出，影響風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率主要是風(fēng)電場(chǎng)開機(jī)容量、場(chǎng)站日前功率預(yù)測(cè)結(jié)果。而在實(shí)際運(yùn)行過程中，天氣預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)結(jié)果上報(bào)的及時(shí)性對(duì)日前功率預(yù)測(cè)結(jié)果影響較大，因此影響風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的因素主要是風(fēng)電場(chǎng)開機(jī)容量、天氣預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)結(jié)果上報(bào)的及時(shí)性。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)可用容量

風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中電場(chǎng)實(shí)際開機(jī)容量未及時(shí)更新是目前遇到的最多共性問題。風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率與風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際開機(jī)容量有很大關(guān)系，在預(yù)測(cè)系統(tǒng)配置信息中，要求并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)準(zhǔn)確填寫本電場(chǎng)開機(jī)容量。但是風(fēng)電場(chǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)情況，而風(fēng)電場(chǎng)并未將這些系統(tǒng)總有功變化信息及時(shí)告知調(diào)度側(cè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)果出現(xiàn)調(diào)度側(cè)預(yù)測(cè)功率無法進(jìn)行有效實(shí)際功率數(shù)據(jù)采樣和訓(xùn)練，造成預(yù)測(cè)模型與實(shí)際偏差較大，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率降低。

3.3 天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)

天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)能否正常獲取取決于網(wǎng)絡(luò)通訊狀況。風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)每天需要通過互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)獲取天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，由于大部分風(fēng)電場(chǎng)位于偏遠(yuǎn)丘陵或山區(qū)，互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量都比較差，網(wǎng)絡(luò)一旦中斷，氣象預(yù)報(bào)即中斷，必然影響預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，因此電場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊成為整個(gè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確的重要一環(huán)。而風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)管理部門大多關(guān)心電力調(diào)度網(wǎng)的通訊穩(wěn)定性，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊和氣象服務(wù)器運(yùn)行穩(wěn)定性關(guān)注度不夠。

3.4 場(chǎng)站預(yù)測(cè)結(jié)果上報(bào)調(diào)度及時(shí)性

目前場(chǎng)站上送給調(diào)度機(jī)構(gòu)的短期功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)文本數(shù)據(jù)，都是固定時(shí)間間隔（每天09:00之前上送），調(diào)度側(cè)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)在09:00前根據(jù)場(chǎng)站上送的文本數(shù)據(jù)生成調(diào)度計(jì)劃短期預(yù)測(cè)E文本。風(fēng)電場(chǎng)若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未及時(shí)上送短期功率預(yù)測(cè)文件，調(diào)度側(cè)未收到此電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，則其功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為0。若風(fēng)電場(chǎng)在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)判斷短期功率預(yù)測(cè)文件未上送調(diào)度機(jī)構(gòu)，則系統(tǒng)可以一直嘗試上傳給調(diào)度機(jī)構(gòu)，直到上送成功為止。但在現(xiàn)有技術(shù)中，還存在文件重傳、漏傳的情況。

4 提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率方法

根據(jù)影響風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的因素分析，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的措施包括及時(shí)更新電場(chǎng)開機(jī)容量、保證網(wǎng)絡(luò)通訊暢通及預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確。對(duì)于預(yù)測(cè)文件上送的及時(shí)性則要求功率預(yù)測(cè)廠家在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)文件定時(shí)上送功能。

4.1 及時(shí)更新風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)狀態(tài)

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)由于各種原因出現(xiàn)的非計(jì)劃停運(yùn)，電場(chǎng)人員應(yīng)該立即在預(yù)測(cè)系統(tǒng)中根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)更新預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開機(jī)容量，確保系統(tǒng)設(shè)置的開機(jī)容量與實(shí)際一致。這樣風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)上送至調(diào)度機(jī)構(gòu)的風(fēng)機(jī)信息E文本就會(huì)及時(shí)得到更新，調(diào)度側(cè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)在計(jì)算公式中更新開機(jī)信息，避免場(chǎng)站側(cè)人為因素導(dǎo)致的預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

4.2 保持網(wǎng)絡(luò)通訊暢通

由于風(fēng)電場(chǎng)一般建在較為偏遠(yuǎn)的山區(qū)，風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)初期要充分考慮網(wǎng)絡(luò)通訊狀況，確保互聯(lián)網(wǎng)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)通訊暢通。無論何種網(wǎng)絡(luò)，都要采用可靠的傳輸方式，最好是通過光纖傳輸而盡量避免采用無線傳輸，這樣天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、電力數(shù)據(jù)才能保證傳輸正常，從而滿足站內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)行需要。

4.3 提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性

風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)的核心問題是利用現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)（歷史發(fā)電數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等），采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型對(duì)預(yù)測(cè)日的發(fā)電情況進(jìn)行估計(jì)，因此有效地進(jìn)行發(fā)電預(yù)測(cè)要具備兩方面的條件，一是歷史數(shù)據(jù)信息的可靠性，二是預(yù)測(cè)方法和相應(yīng)的軟件。由于現(xiàn)在氣象部門預(yù)測(cè)水平的提高，天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)于預(yù)測(cè)模型的影響因數(shù)逐步降低。要提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，各預(yù)測(cè)系統(tǒng)廠家應(yīng)該對(duì)風(fēng)電數(shù)據(jù)庫的建立完善，使預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠獲取各種歷史數(shù)據(jù)的，加強(qiáng)對(duì)預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練。

4.4 提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行水平

各風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行值班人員業(yè)務(wù)能力的培訓(xùn)，規(guī)范和提高新能源現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操和管理工作的規(guī)范性。聯(lián)系系統(tǒng)生產(chǎn)廠家對(duì)風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用問題進(jìn)行排查，對(duì)電場(chǎng)在平時(shí)運(yùn)行過程中遇到的問題和需求進(jìn)行分析解決，對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的原理進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，確保電場(chǎng)運(yùn)行值班人員能夠在預(yù)測(cè)系統(tǒng)中及時(shí)填寫檢修計(jì)劃和非計(jì)劃停運(yùn)的風(fēng)機(jī)等信息。

5 結(jié)語

風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠從技術(shù)層面提高新能源發(fā)電的“可測(cè)性”，解決風(fēng)電輸出功率隨機(jī)波動(dòng)帶來的調(diào)度性弱的問題，實(shí)現(xiàn)新能源與常規(guī)能源的合理布局和優(yōu)化配置。調(diào)度機(jī)構(gòu)和風(fēng)電場(chǎng)要加強(qiáng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，采用可靠的傳輸方式保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，同時(shí)要時(shí)常與功率預(yù)測(cè)廠家及時(shí)溝通，共同提高江西電網(wǎng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。